CN210488210U - 一种宽波段多光谱相机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种宽波段多光谱相机，它更好地利用了近红外波段被观测物光谱差异性大的优势，成像效果好。它包括光阑、分束棱镜、色散棱镜、灰度相机、彩色相机、一面设置掩膜版的转向棱镜、3个相同的高斯镜头，光阑位于第一高斯镜头的前焦面处，和第一高斯镜头形成像方远心系统；第二高斯镜头和第三高斯镜头以色散棱镜相对称；光线通过光阑进入第一高斯镜头，再由分束棱镜分成两束光，一束光会聚在彩色相机的靶面，另一束光会聚在位于转向棱镜上的掩膜版上；第二高斯镜头将通过掩膜版刻划面、从转向棱镜出射的会聚光转化为平行光入射在色散棱镜上，第三高斯镜头将色散棱镜出来的平行光会聚到灰度相机的靶面上。
Description
技术领域
本实用新型涉及多光谱相机。
背景技术
多光谱成像技术自面世以来，便被广泛应用于科研的多项领域。而随着搭载平台小型化和野外应用需求，光谱相机目前在农业、林业、水文、军事、环保、森林防火、城市建设等领域的应用越来越广。
光谱相机一般会采用多相机型多光谱照相机或者是光束分离型照相机，多相机型多光谱相机很难准确地对准同一地方，重叠精度差，成像质量也差，同时，重叠的处理时间也较长，光束分离型照相机的优点是结构简单，图像重叠精度高，但成像质量差。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种宽波段多光谱相机，它以较低的设计和生产成本解决了光束分离型光谱相机成像质量差的问题，解决了宽波段(400-900nm)的像差校正问题，更好地利用了近红外波段被观测物光谱差异性大的优势，成像效果好。
本实用新型所述的宽波段多光谱相机，包括光阑1、分束棱镜3、色散棱镜7、灰度相机10、彩色相机11、一面设置掩膜版4的转向棱镜5、3个相同的高斯镜头即第一高斯镜头2、第二高斯镜头6、第三高斯镜头8；光阑1位于第一高斯镜头2的前焦面处，和第一高斯镜头2形成像方远心系统；第二高斯镜头6和第三高斯镜头8以色散棱镜7 相对称；光线通过光阑1进入第一高斯镜头2，再由分束棱镜3分成两束光，一束光会聚在彩色相机11的靶面，另一束光会聚在位于转向棱镜5上的掩膜版4上；第二高斯镜头 6将通过掩膜版4刻划面、从转向棱镜5出射的会聚光转化为平行光入射在色散棱镜7 上，第三高斯镜头8将色散棱镜7出来的平行光会聚到灰度相机10的靶面上。
作为对上述的宽波段多光谱相机的进一步改进，它还包括直角转向棱镜9，从第三高斯镜头8出射的光束将直角转向棱镜9转向后会聚到灰度相机10的靶面上。
作为对上述的宽波段多光谱相机的进一步改进，分束棱镜3采用2块直角棱镜胶合而成，分光比为3：7，30％的光线到达彩色相机11，70％的光线通过掩膜版。
作为对上述的宽波段多光谱相机的进一步改进，高斯镜头的焦距是55mm，F1.4。
作为对上述的宽波段多光谱相机的进一步改进，色散棱镜7的顶角30°，入射角65°。
本实用新型的有益效果：第一高斯镜头2前焦面放置光阑1，使之满足像方远心系统，极大地减小了畸变；第二第三组高斯镜头在分束棱镜两侧对称使用，轴外像差可以互相抵消，成像效果最佳。
使用三组相同的高斯镜头，降低了设计生产成本。
色散棱镜7的材料为低折射率石英玻璃，顶角30°，入射角65°，保证了从400-900nm光谱的重叠精度。400-900波段，相对于可见光波段，观察目标近红外波段的光谱差异更大，越有利于分类。
附图说明
图1是宽波段多光谱相机的光学系统图；
图2是图1中的高斯镜头的示意图。
图中，1是光阑，2是第一高斯镜头，3是分束棱镜，4是掩膜版，5是转向棱镜，6 是第二高斯镜头，7是色散棱镜，8是第三高斯镜头，9是直角转向棱镜，10是灰度相机， 11是彩色相机，12是透镜一，13是透镜二，14是透镜三，15是透镜四，16是透镜五， 17是透镜六。
具体实施方式
参见图1所示宽波段多光谱相机，沿着光轴依次主要包括光阑1、第一高斯镜头2、分束棱镜3、入射面设置掩膜版4的转向棱镜5、第二高斯镜头6、色散棱镜7、第三高斯镜头8、直角转向棱镜9、灰度相机10。
第一高斯镜头2、第二高斯镜头6、第三高斯镜头8是3个相同的高斯镜头。高斯镜头采用非对称式六片四组结构，参见图2，透镜一12采用正透镜，焦距f40mm；透镜二 13使用弯月负透镜，凹面朝向像方，焦距f-24mm；第三镜组使用三胶合结构，其中透镜三14为双凹结构，透镜四15为双凸结构，透镜三14和透镜四15使用的低折射率、低色散材料，折射率nd在1.43-1.49之间，色散vd在75-95之间，透镜五16为负弯月结构，使用高折射率、高色散玻璃材料；透镜六17为双凸正透镜，材料同透镜一12，将成像光束会聚到掩膜版和彩色相机上。此高斯镜头的焦距是55mm，F1.4，采用此结构，轴上像差和轴外像差都得到很好的校正。
光阑1位于第一高斯镜头2的前焦面处，和第一高斯镜头2形成像方远心系统，可以将畸变校正到最小。分束棱镜3采用2块直角棱镜胶合而成，尺寸为20*20*20mm,分光比为3：7，30％的光线到达彩色相机11，70％的光线通过掩膜版。掩膜版4的刻划面和彩色相机11的靶面是共轭的，都位于第一高斯镜头2的后焦面处。直角棱镜5尺寸为 20*20mm，斜面镀全反射膜，使光线转折90°，第二高斯镜头6的前焦面和掩膜版的刻划面重合，将通过掩膜版刻划面的会聚光转化为平行光入射在色散棱镜7上，色散棱镜7 的材料为低折射率石英玻璃，顶角30°，入射角65°，保证了从400-900nm光谱的重叠精度。
第三高斯镜头8将色散棱镜7出来的平行光会聚到灰度相机10的靶面上，第二高斯镜头6和第三高斯镜头8对称使用，组成一个1倍系统，完全消除了轴外像差。直角转向棱镜9尺寸为20*20mm，斜面镀全反射膜，使光线转折90°。整体光路使用了两次直角棱镜偏转，使得结构紧凑，便于搭载无人机使用。
实际使用过程中，被拍摄物体发出的光线，通过光阑1进入相机，由分束棱镜3分成两束光，一束成像在彩色相机11，便于实时观察被拍场景的RGB图像，另一束光先会聚在掩膜版4，经转向棱镜5偏转90°，通过第二高斯镜头6转化为平行光，入射到色散棱镜7上，第三高斯镜头8将色散棱镜出来的平行光会聚到灰度相机10上，直角棱镜 9将会聚光线偏转90°。两路视频信号通过无线通信模块传输到PC终端，进行数据处理。
使用三组同样的高斯镜头，镜头采用高斯非对称式结构，使用低色散材料、加入三胶合镜组，很好地校正了球差、色差。
Claims (5)
1.一种宽波段多光谱相机，包括光阑(1)、分束棱镜(3)、色散棱镜(7)、灰度相机(10)、彩色相机(11)、一面设置掩膜版(4)的转向棱镜(5)、3个相同的高斯镜头即第一高斯镜头(2)、第二高斯镜头(6)、第三高斯镜头(8)；其特征是：光阑(1)位于第一高斯镜头(2)的前焦面处，和第一高斯镜头(2)形成像方远心系统；第二高斯镜头(6)和第三高斯镜头(8)以色散棱镜(7)相对称；光线通过光阑(1)进入第一高斯镜头(2)，再由分束棱镜(3)分成两束光，一束光会聚在彩色相机(11)的靶面，另一束光会聚在位于转向棱镜(5)上的掩膜版(4)上；第二高斯镜头(6)将通过掩膜版(4)刻划面、从转向棱镜(5)出射的会聚光转化为平行光入射在色散棱镜(7)上，第三高斯镜头(8)将色散棱镜(7)出来的平行光会聚到灰度相机(10)的靶面上。
2.如权利要求1所述的宽波段多光谱相机，其特征是：它还包括直角转向棱镜(9)，从第三高斯镜头(8)出射的光束将直角转向棱镜(9)转向后会聚到灰度相机(10)的靶面上。
3.如权利要求1所述的宽波段多光谱相机，其特征是：分束棱镜(3)采用2块直角棱镜胶合而成，分光比为3：7，30％的光线到达彩色相机(11)，70％的光线通过掩膜版。
4.如权利要求1所述的宽波段多光谱相机，其特征是：高斯镜头的焦距是55mm，F1.4。
5.如权利要求1所述的宽波段多光谱相机，其特征是：色散棱镜(7)的顶角30°，入射角65°。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201921532239.8U CN210488210U (zh) | 2019-09-16 | 2019-09-16 | 一种宽波段多光谱相机 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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|---|---|
| CN210488210U true CN210488210U (zh) | 2020-05-08 |
Family
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201921532239.8U Active CN210488210U (zh) | 2019-09-16 | 2019-09-16 | 一种宽波段多光谱相机 |
Country Status (1)
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|---|---|
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2019
- 2019-09-16 CN CN201921532239.8U patent/CN210488210U/zh active Active
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